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接觸網(wǎng)落雷特性及防護(hù)措施

文檔作者：歐陽陸文檔來源：中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月15日
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水利水電
接觸網(wǎng)落雷特性及防護(hù)措施
歐陽陸
中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司
摘要：鐵路接觸網(wǎng)的額定電壓只有25kV，采用的絕緣等級(jí)較
低，接觸網(wǎng)一旦遭受雷擊就會(huì)造成絕緣子閃絡(luò)、線路跳閘等事故，
更嚴(yán)重的會(huì)引起列車停運(yùn)，將會(huì)對(duì)鐵路運(yùn)輸帶來巨大的損失。隨
著鐵路的規(guī)模不斷增大，以及高速鐵路的發(fā)展，雷電對(duì)接觸網(wǎng)的危
害也越來越嚴(yán)重。為此，本文主要分析接觸網(wǎng)落雷的特性，并由此
探討其防雷保護(hù)措施。
關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng)；落雷特性；防護(hù)措施
1 接觸網(wǎng)落雷特性
隨著電氣化鐵路運(yùn)營里程的增加和極端惡劣天氣的增多，全
路供電設(shè)備雷雨天氣下的跳閘和設(shè)備故障問題突出，對(duì)供電設(shè)備
安全運(yùn)行和運(yùn)輸秩序造成較大影響。高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備
具有線路長、露天高空布置、高電壓等特點(diǎn)，在雷雨天氣情況下易
遭受雷電侵害。雷云對(duì)地放電受到氣象、地質(zhì)和地形等眾多自然
因素影響，雷電活動(dòng)的頻繁程度也因地域而異。供電線路雷擊跳
閘主要分為兩種形式：一種是雷直擊線路引起的，稱為直擊雷過電
壓；另一種是雷擊線路附近地面，由于電磁感應(yīng)所引起的，稱為感
應(yīng)雷過電壓。接觸網(wǎng)的落雷特性主要體現(xiàn)為：雷擊位置為絕緣
處所。
在接觸網(wǎng)中雷擊位置大多在絕緣處所，比例高達(dá)50%以上。
當(dāng)雷電擊穿絕緣子之后，會(huì)造成設(shè)備故障從而干擾運(yùn)輸秩序影響
行車安全。設(shè)備頂點(diǎn)易遭受雷擊。軟橫跨承力索端部絕緣子等,極
易遭受雷擊的位置距離鋼軌軌面的高度多在10m以上，而保護(hù)這
些部位的接觸懸掛卻在它們的下部，根本起不到防護(hù)作用。雷擊
后果為燒損老化。絕緣子等部位遭到閃絡(luò)放電后會(huì)被燒傷，時(shí)間
長了就會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象。對(duì)于接觸線等線狀設(shè)備來說，遭受雷擊
后會(huì)出現(xiàn)斷線、塌網(wǎng)等危及行車的嚴(yán)重事故；對(duì)線路的其他設(shè)備造
成備損害，導(dǎo)致非正常工作，干擾了電氣化鐵路的正常運(yùn)行。
2 接觸網(wǎng)防雷保護(hù)措施分析
電氣化鐵路接觸網(wǎng)主要采取安裝避雷器進(jìn)行大氣過電壓保
護(hù)，通過在接觸網(wǎng)供電線上網(wǎng)點(diǎn)、電分相、隔離開關(guān)及長大隧道兩
端等重點(diǎn)設(shè)備處設(shè)置避雷器的方式進(jìn)行防雷。
2.1 安裝避雷器
避雷器由接線端子、主體原件構(gòu)成。主體原件內(nèi)裝具有伏安
特性的氧化鋅電阻片;外套采用憎水性的硅橡膠制成。在系統(tǒng)正常
電壓下，避雷器呈高電阻，流過避雷器的電流僅為微安級(jí)，可確保
避雷器長期穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓時(shí)，避雷器呈現(xiàn)低電阻，
吸收并對(duì)地釋放能量，使被保護(hù)設(shè)備的過電壓限制在允許范圍
內(nèi)。一旦吸收能量過大(如直擊雷等)，避雷器不足以承受該能量
時(shí)，避雷器就會(huì)自損，內(nèi)部的核心部件(電阻片)被擊穿，強(qiáng)烈的電弧
會(huì)使避雷器內(nèi)部空間劇烈膨脹，而引發(fā)避雷器預(yù)先設(shè)計(jì)的壓力釋
放口釋放，由于避雷器被擊穿引起短路電流會(huì)使主斷跳閘。設(shè)備
維護(hù)單位在每年進(jìn)入雨季前，還要開展避雷器接地電阻復(fù)測(cè)工作，
整治接地電阻超標(biāo)的接地極。
2.2 安設(shè)避雷線
安設(shè)避雷線是減少接觸網(wǎng)跳閘、避免絕緣子損壞最有效的手
段。對(duì)處于強(qiáng)雷區(qū)的電氣化線路，應(yīng)結(jié)合線路條件和雷電防護(hù)要
求，以架設(shè)避雷線為主。架設(shè)避雷線，通過引導(dǎo)雷電流向避雷線放
電，經(jīng)過接地裝置導(dǎo)入大地，從而使接觸網(wǎng)設(shè)備免遭雷擊。安設(shè)避
雷線主要是防直擊雷，它可以安裝在支柱或承力索上方。
2.3 差異化技術(shù)策略
建議接觸網(wǎng)雷電防護(hù)采取差異化技術(shù)策略：①針對(duì)客運(yùn)專線
或客貨專線等不同線路和速度等級(jí)分別制定不同的雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)
和要求；②在進(jìn)行雷區(qū)劃分的過程中，不單純依賴?yán)纂娙諗?shù)據(jù)，應(yīng)
當(dāng)對(duì)系統(tǒng)跳閘情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)調(diào)查分析，以保證雷電防護(hù)措施的針
對(duì)性；③將區(qū)間與站場(chǎng)的接觸網(wǎng)根據(jù)區(qū)域不同雷電防護(hù)措施區(qū)別
對(duì)待；④在雷雨多發(fā)地區(qū)，應(yīng)對(duì)處于高架橋區(qū)段及處于空曠地區(qū)的
接觸網(wǎng)線路進(jìn)行特殊重點(diǎn)防護(hù)。
2.4 設(shè)置并盡可能抬高架空地線
有研究表明，架空地線不僅可以作為閃絡(luò)通道對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)
起到保護(hù)作用，升高架空地線還能夠產(chǎn)生類似于避雷針的接閃效
果，在一定程度上減少直擊雷直接擊中接觸網(wǎng)導(dǎo)線的概率。除對(duì)
架空地線進(jìn)行抬高以外，架空地線與承力索、接觸線在水平面上的
相對(duì)位置對(duì)其防護(hù)范圍來說也非常關(guān)鍵。以往，電力部門經(jīng)常采
用“折線法”、“保護(hù)角”等概念對(duì)避雷線的防護(hù)范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)。而
自上世紀(jì)80年代開始，世界上大多數(shù)國家均采用IEC(國際電工委
員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)的“滾球法”計(jì)算保護(hù)范圍。近些年，我國在新修訂的國
家標(biāo)準(zhǔn)中也逐漸接受了“滾球法”。采用“滾球法”校驗(yàn)架空地線的
防護(hù)范圍，通過校驗(yàn)結(jié)果來調(diào)整架空地線與接觸線、承力索的空間
位置以加強(qiáng)接觸網(wǎng)抵御直擊雷的能力，不失為一種好的有效的防
雷方案。
2.5 絕緣保護(hù)間隙
雷擊過電壓不僅會(huì)導(dǎo)致絕緣子發(fā)生閃絡(luò)，閃絡(luò)后的電弧還會(huì)
對(duì)絕緣子產(chǎn)生燒蝕，使得絕緣子永久性損壞。采取在水平絕緣子
或懸式絕緣子的兩端，加裝保護(hù)間隙的防護(hù)方式。在絕緣子兩端
加保護(hù)間隙，避免絕緣子損壞，保護(hù)絕緣子，在一定程度上降低雷
擊事故。由于雷擊的大多位置在絕緣子，采用復(fù)合絕緣子或增加
絕緣子的片數(shù)等方法，提高絕緣子的絕緣性能。
2.6 工程實(shí)施過程把控
在接觸網(wǎng)雷電防護(hù)工程措施實(shí)施過程中重點(diǎn)把控：①對(duì)于區(qū)
間接觸網(wǎng)，在接觸網(wǎng)支柱頂端敷設(shè)獨(dú)立架空避雷線；②良好的接地
電阻可以極大降低接觸網(wǎng)遭受直擊雷或反擊雷對(duì)接觸網(wǎng)絕緣部件
的損壞程度和概率，降低牽引變電所由雷擊所引起的跳閘次數(shù)，應(yīng)
重視雷電防護(hù)接地部分；③對(duì)于柱頂設(shè)置了避雷線、避雷器的支柱
及其他供電設(shè)施，信號(hào)等其他弱電設(shè)備接地點(diǎn)應(yīng)距離該支柱接地
體15m以上，有條件時(shí)，獨(dú)立避雷針或避雷器可設(shè)置獨(dú)立的接地極
或系統(tǒng)；④在進(jìn)行接觸網(wǎng)雷電防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)接觸網(wǎng)
所處地域內(nèi)的雷電強(qiáng)度、跳閘次數(shù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比
分析，核算雷電防護(hù)措施的可靠性；⑤關(guān)注放電間隙類技術(shù)措施對(duì)
雷電防護(hù)效果的影響。
2.7 減小接地電阻與接地間距
減小接地電阻阻值，對(duì)減小雷電反擊也有一定的作用。避雷
線上落雷后，雷電流沿避雷線流入支柱，雖然支柱或其接地引下線
的電感、支柱接地電阻上的壓降、柱頂?shù)碾娢豢赡苓_(dá)到足以使線路
絕緣發(fā)生反擊的數(shù)值，但是即使這樣仍會(huì)造成停電事故。所以，在
成本不增加很多的前提下，可以考慮盡量減小接地電阻值，以減小
雷電反擊發(fā)生的幾率。在土壤電阻率較低的地區(qū)，用橋墩作為基
礎(chǔ)接地體時(shí)，接地電阻值應(yīng)盡量降低。運(yùn)營中，可有效減少絕緣子
閃絡(luò)的發(fā)生概率，在防雷重點(diǎn)區(qū)域，還可考慮適當(dāng)縮小接觸網(wǎng)系統(tǒng)
的接地間距。
2.8 加強(qiáng)日常隱患排查
以故標(biāo)指示位置為中心，前后兩公里組織接觸網(wǎng)工排查故障
點(diǎn);加強(qiáng)排查技術(shù)力量，安排專業(yè)工程師參加擴(kuò)大排查故障點(diǎn)范圍; 申請(qǐng)?zhí)齑?，以作業(yè)車巡檢方式上網(wǎng)排查。在處理已發(fā)現(xiàn)的閃絡(luò)絕
緣子后，還要沿著雷電流可能通過的路徑全面排查設(shè)備隱患，如檢
查就近支柱有無其它絕緣子閃絡(luò)，打開承力索座，檢查承力索有無
燒傷斷股現(xiàn)象，電氣連接點(diǎn)有無放電現(xiàn)象，以防止隱患排查不到
位，發(fā)生設(shè)備故障。日常巡視工作中，安排業(yè)務(wù)素質(zhì)較高的員工檢
查避雷器狀態(tài)，特別是雷雨天氣巡視，重點(diǎn)檢查避雷器、脫離器、計(jì)
數(shù)器運(yùn)行狀態(tài)，準(zhǔn)確記錄避雷器動(dòng)作情況;各種引線是否滿足運(yùn)行
要求，下部地線連接是否牢靠等內(nèi)容，以確保隱患及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)
排除。
3 結(jié)語
由上文可知，鐵路運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性與接觸網(wǎng)雷電防護(hù)
性能有著十分密切的關(guān)系，由于接觸網(wǎng)是露天設(shè)置，無備用且絕緣
水平低，在雷擊過后極易受到過電壓的影響而發(fā)生跳閘和閃絡(luò)故
障。接觸網(wǎng)一旦遭受雷擊將對(duì)接觸網(wǎng)造成嚴(yán)重危害，不僅會(huì)影響
鐵路運(yùn)輸秩序，給旅客出行帶來不良體驗(yàn)，甚至威脅鐵路運(yùn)行安
全?；谶@個(gè)角度，本文主要分析了接觸網(wǎng)的落雷特性，并探討了
接觸網(wǎng)的防雷保護(hù)措施，僅供參考。
參考文獻(xiàn)：
[1] 沈海濱,陳維江,邊凱,陳康.高速鐵路接觸網(wǎng)懸式復(fù)合絕緣
子防雷應(yīng)用特性實(shí)驗(yàn)研究[J].高電壓技術(shù),2015(5):1574～1581.
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